專利名稱：含天然高分子的水凝膠及其輻射制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水凝膠，尤其涉及一種含天然高分子的水凝膠及其制備方法。該水凝膠適用于但不限于生物醫(yī)用材料領域。
背景技術：
水凝膠是一種類似于生命組織的高分子材料，它由在水中不溶解但可溶脹的高分子網絡及水組成，因其具有可成形性、吸濕性、成膜性、粘結性、熱容量大等性能，廣泛應用食品、醫(yī)藥等多種領域。醫(yī)用水凝膠的重要用途之一是用作創(chuàng)傷敷料，這種適用于創(chuàng)傷、燒傷和手術切口的創(chuàng)面保護的創(chuàng)傷敷料與傳統(tǒng)的紗布等敷料相比具有很多優(yōu)點，被譽為“理想敷料”，這些優(yōu)點包括(1)透明、強韌、有彈性；(2)能充分吸收體液并防止其損失；(3)能有效屏蔽細菌；(4)與皮膚粘合性好但又有益于皮膚生長；(5)能讓氧氣穿透敷膜到達傷口表面，加速傷口愈合；(6)可包埋藥物；(7)材料透明因而能夠隨時觀察傷口愈合進程；(8)能防止傷口過度生長形成斑疤；(9)對傷口無粘性，因而容易去除/更換敷膜而不會損傷新生表皮；(10)無抗原反應；(11)無過敏反應；(12)容易存儲和使用。
申請?zhí)枮?00410066999.6中國專利申請公開文本(CN1616116A)提供了一種由聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、輻照敏感劑、增塑劑、pH調節(jié)劑與水組成，用鈷源輻照交聯(lián)而成的水凝膠創(chuàng)傷敷料。該技術的權利要求書及所有實施例都表明其創(chuàng)傷敷料是以聚乙烯醇為主要基材，為了方便生產與輻照兩道工序間的運輸，在輻照成型之前增加了冷凍工序。聚乙烯醇基材的水凝膠可通過循環(huán)冷凍-解凍法生成強度較好之物理凝膠，但聚乙烯醇水凝膠的吸水性能不太理想，用冷凍方法制備使凝膠變?yōu)椴煌该?，并導致吸水性進一步降低。此外，該發(fā)明提供的輻射加工工藝不甚理想，其配方中采用的輻照敏感劑、增塑劑、pH調節(jié)劑均對凝膠的輻射交聯(lián)不利，導致其實施例中產品的交聯(lián)度均低于45％。如此低交聯(lián)度的水凝膠強度必然不好，而大量溶膠與滲出液混合在臨床上也許會產生許多問題。
中國專利ZL 00107403.2(CN1121876C)介紹了原料選自甲基丙烯酸-β羥乙酯、丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙二醇，用電子束或γ-射線輻射交聯(lián)而成、含水率為75-95％、交聯(lián)度為75-95％、吸水率為200-400％的水凝膠及其制備方法，該水凝膠與透氣膜、離型紙復合而成為創(chuàng)傷敷料制品。這項發(fā)明是水凝膠型創(chuàng)傷敷料研發(fā)早期的技術，類似工藝已在中國、日本、波蘭等多個國家投產，但隨著該產品的推廣，患者對制品的強度、柔韌性，尤其是吸水能力提出了更高的要求，而該發(fā)明所涉及的配方與工藝已無法滿足這些要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于提供一種具有高吸水能力及速率的、有較好凝膠強度與生物相容性、特別適用于醫(yī)學與美容領域的水凝膠配方與合成工藝。
本發(fā)明的水凝膠按重量計主要含有3～20％的天然高分子或其衍生物，0～15％的合成高分子，及80～95％的水，經輻射交聯(lián)制得。該水凝膠的交聯(lián)度為70～95％，吸水率為500～80000％，所述的天然高分子或其衍生物可選自下列高分子中的一種或多種甲殼素及甲殼素衍生物(如羧甲基甲殼素、羧乙基甲殼素等)、殼聚糖及殼聚糖衍生物(如羧甲基殼聚糖、羧乙基殼聚糖等)、卡拉膠及羧甲基卡拉膠、纖維素衍生物(如羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素等)、淀粉及淀粉衍生物(羧甲基淀粉等)、海藻酸鈉、瓜膠及羧甲基瓜膠、膠原蛋白、透明質酸等。所述的合成高分子可選自甲基丙烯酸-β羥乙酯、丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙二醇等中的一種或多種。
根據需要還可以添加無機填料、交聯(lián)敏化劑、及藥物等其它助劑。其中，無機填料可選自活性炭、白炭黑、蒙脫土、碳納米管等，添加量不超過水凝膠總重量的10％；交聯(lián)敏化劑可選自N，N-二甲基雙丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯等，其使用量不超過高分子材料(包括天然高分子和合成高分子)的3％(重量)；其它助劑包括防腐劑、保濕劑，根據臨床治療需要而添加的藥物及有助于藥物釋放的組分等，例如具有抗菌消炎、鎮(zhèn)痛作用的中藥三七、白芷的有效成分及白芨多糖等，以及常用于傷口處置的廣譜抗菌藥或醫(yī)院提供的特效燒、燙、外傷等治療藥物。通常添加的抗菌藥在水凝膠中的含量為0.1～1％(重量)，其它藥物含量為1～5％(重量)。
本發(fā)明的水凝膠通過將天然高分子或其衍生物、合成高分子、水和其它組分共混，然后采用電子束或γ-射線輻射交聯(lián)而成。具體制備工藝包括如下步驟(1)將天然高分子或其衍生物、合成高分子，必要情況下添加的無機填料與交聯(lián)敏化劑等組分在加熱或室溫條件下與水混合均勻，必要時采用高速攪拌、離心脫泡等技術將各組分混合均勻；(2)將混合液密封包裝；(3)輻射交聯(lián)；(4)依據制品用途而定的后處理工序，如干燥、粉碎、灌裝等。
若需加入無機填料，在步驟(1)還可以用原位復合的方法實現(xiàn)納米級無機填料在水凝膠基材中的均勻分布。
若該水凝膠用作創(chuàng)傷敷料，在步驟(2)將混合液涂布于無紡布、透氣膜等基材后裁切裝盒，然后再密封包裝。為了方便使用，在裁切或密封包裝之前可在未貼附基材的一面貼附離型紙或剝離膜，在該創(chuàng)傷敷料貼于患處之前將該膜揭去。
步驟(3)可采用劑量為10～40kGy的鈷源(60Coγ-射線)或電子加速器(電子束)輻照，還可以采用紫外光輻照的方法。
若制備特殊吸水能力的粉末、海綿凝膠，可在步驟(4)將凝膠干燥、粉碎后直接使用或附于多孔性基材上使用。
若制備膏狀水凝膠，可在步驟(4)將凝膠灌裝后滅菌，也可按步驟(2)灌裝后進行輻照，可使樣品的交聯(lián)與滅菌一步完成。
本發(fā)明的水凝膠具有較高的吸水性、較好的柔韌性，對藥物有較好的緩釋性能。由于天然高分子或其衍生物為聚電解質，因而合成的這些含有天然高分子的水凝膠具有pH、電、溫度敏感性等，有更廣泛的用途。此外，由于殼聚糖及其衍生物具有抗菌性，含有殼聚糖及其衍生物的水凝膠還具有抗菌活性。
本發(fā)明的水凝膠采用純天然高分子或天然高分子與合成高分子在水溶液中輻射交聯(lián)的方法，可以使水凝膠吸水率提高到幾十甚至幾百倍，尤其是初期的吸水速率大大提高，可以有效吸收創(chuàng)面滲出液，進而加速創(chuàng)面愈合。此外，用天然高分子為基材合成的水凝膠還具有更好的生物相容性與生物分解性，含有殼聚糖及其衍生物的水凝膠還具有抗菌活性，是一種環(huán)保型的材料。
用輻射方法制備的水凝膠由于體系純凈、生物相容性好，特別適合用作醫(yī)用材料。由于本發(fā)明組分的多樣性及制備方法具有更好的可控性，依據本發(fā)明不僅可以制備出膜狀水凝膠，還可以制備成微膠囊、膏狀、海綿、粉末等形狀，從而具有更好的吸收、吸附能力，這對水凝膠用作藥物載體、緩釋體系及血液、組織液吸收材料等用途來說極其關鍵。除醫(yī)用材料外，本發(fā)明的水凝膠還可以開發(fā)出系列美容產品，如面膜、美容凝膠等。
具體實施例方式
實施例1將聚乙烯醇/羧乙基殼聚糖/水以10/3/87重量比混合均勻后，注入模具后真空封裝，用電子束輻照25kGy，得到的水凝膠具有抗菌性，吸水率為20000％，2小時達到溶脹平衡，且拉伸強度與斷裂伸長率與純聚乙烯醇凝膠相比均提高1倍以上。
實施例2將聚乙烯吡咯烷酮/羧甲基纖維素/水以5/5/90重量比混合均勻后，注入模具后真空封裝，用γ-射線輻照25kGy，得到的水凝膠具有理想的強度，沒有氣泡，吸水率為10000％。
實施例3將羧甲基纖維素/活性炭/水以15/5/80重量比混合后，注入模具后真空封裝，用γ-射線輻照25kGy，得到的含無機材料的水凝膠強度與純羧甲基纖維素(CMC)水凝膠相比提高2倍以上，沒有氣泡，而吸水能力與純CMC水凝膠相當。
實施例4將按實施例1-3組分配好的溶液，注入底部放有聚乙烯透氣膜的聚酯容器后，上方貼附聚酯膜后熱封、輻照交聯(lián)而成膜片狀創(chuàng)傷敷料。
實施例5將聚乙烯吡咯烷酮/支鏈淀粉/水及廣譜抗菌藥以3/15/81.9/0.1重量比混合均勻后，灌裝到塑料管后封口，用γ-射線輻照15kGy而成吸水率為200倍的膏狀水凝膠。
實施例6將羥丙基纖維素/交聯(lián)劑/水以10/0.3/94.7重量比混合，涂布于透氣膜與無紡布的復合膜上，復合膜的另一側貼附一層離型紙，裁切后真空封裝，隨后用γ-射線輻照40kGy，得到柔軟性、透氣性、吸水性良好的薄型創(chuàng)傷敷料。
實施例7將支鏈淀粉/羧甲基纖維素/水以3/5/92重量比混合均勻后，在連續(xù)攪拌的條件下用電子加速器輻照30kGy，得到粘稠狀溶液，用真空噴霧干燥法制成粉末。
實施例8將羥丙基甲基纖維素/水以20/80重量百分比混合，用γ-射線輻照20kGy后，用傳統(tǒng)微膠囊制備工藝制成微凝膠，包埋含量為3％(重量)的適當藥物，如中藥三七、白芷的有效成分及白芨多糖的一種或多種藥物，然后將其干燥、滅菌，制得具有pH與溫度敏感性的藥物控釋體系。
上述實施例所舉之例體現(xiàn)了本發(fā)明的宗旨，即通過不同用途調整水凝膠配方與工藝，以制備具有良好吸水倍率、吸水速率、透氣性、生物相容性、無菌，更進一步可具有柔韌性、抗菌性、環(huán)境刺激響應性等有利于傷口愈合或疾病治療的醫(yī)用水凝膠。但本發(fā)明所保護的不僅限于上述實施例，根據本發(fā)明的精神所做的任何修改都屬于本發(fā)明的保護范疇。
權利要求
1.一種水凝膠，含有按重量計3～20％的天然高分子或其衍生物、0～15％的合成高分子和80～95％的水，經輻射交聯(lián)制得；該水凝膠的交聯(lián)度為70～95％，吸水率為5～800倍；所述的天然高分子或其衍生物選自下列高分子中的一種或多種甲殼素、羧甲基甲殼素、羧乙基甲殼素、殼聚糖、羧甲基殼聚糖、羧乙基殼聚糖、卡拉膠、羧甲基卡拉膠、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、淀粉、羧甲基淀粉、海藻酸鈉、瓜膠、羧甲基瓜膠、膠原蛋白、透明質酸；所述的合成高分子選自甲基丙烯酸-β羥乙酯、丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙二醇中的一種或多種。
2.如權利要求1所述的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠由劑量為10～40kGy的γ-射線或電子束輻射交聯(lián)而形成。
3.如權利要求1所述的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠中還含有下列物質中的一種或多種無機填料、交聯(lián)敏化劑及其它助劑。
4.如權利要求3所述的水凝膠，其特征在于，所述無機填料選自活性炭、白炭黑、蒙脫土、碳納米管中的一種或多種，其含量不超過水凝膠總重量的10％。
5.如權利要求3所述的水凝膠，其特征在于，所述交聯(lián)敏化劑是N，N-二甲基雙丙烯酰胺和/或二甲基丙烯酸乙二醇酯，其含量不超過高分子材料重量的3％。
6.如權利要求3所述的水凝膠，其特征在于，所述其它助劑選自防腐劑、保濕劑、藥物及有助于藥物釋放的組分。
7.如權利要求6所述的水凝膠，其特征在于，所述的藥物是含量為0.1～1％(重量)的抗菌藥，和/或含量為1～5％(重量)的具有抗菌消炎、鎮(zhèn)痛作用的中藥三七、白芷的有效成分及白芨多糖中的一種或多種藥物。
8.權利要求1～7中任一權利要求所述的水凝膠的制備方法，將所述水凝膠的各個組分和水在加熱或室溫條件下混合均勻，然后密封包裝進行輻射交聯(lián)，最后依據制品用途進行相應的后處理工序。
9.如權利要求8所述的水凝膠制備方法，其特征在于，用60Coγ-射線或電子加速器產生的電子束進行輻射，劑量為10～40kGy。
10.一種水凝膠創(chuàng)傷敷料，由無紡布和/或透氣膜基材與水凝膠層組成，其中水凝膠為權利要求1～7中任一權利要求所述的水凝膠。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種含天然高分子的水凝膠及其制備方法。該水凝膠交聯(lián)度為70～95％，吸水率為500～80000％倍，所含有的天然高分子或其衍生物選自甲殼素及甲殼素衍生物、殼聚糖及殼聚糖衍生物、卡拉膠及羧甲基卡拉膠、纖維素衍生物、淀粉及淀粉衍生物、海藻酸鈉、瓜膠及羧甲基瓜膠、膠原蛋白、透明質酸等。根據需要還可以添加合成高分子、無機填料、交聯(lián)敏化劑、及藥物等其它助劑。該水凝膠經輻射交聯(lián)制得，劑量為10～40kGy。本發(fā)明的水凝膠具有較高的吸水性、較好的柔韌性、對藥物有較好的緩釋性能、根據配方不同還可具有抗菌性與pH、溫度敏感性等，可用作創(chuàng)傷敷料等多種用途。
文檔編號C08L29/00GK1944495SQ200610113539
公開日2007年4月11日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權日2006年9月29日
發(fā)明者翟茂林, 許零, 彭靜, 魏根拴, 李久強 申請人:北京大學